Untersuchung der systemischen inflammatorischen Reaktion und Mikrozirkulation nach Ischämie/Reperfusionsschädigung und die Beeinflussung durch selektive Hemmung des Komplementsystems

Abstract

Einleitung: Das Systemische Inflammatorische Reaktions-Syndrom (SIRS) ist ein essentieller Faktor für Morbidität und Mortalität in der Intensivmedizin. Das aktivierte Komplementsystem ist ein wichtiger Mediator dieses Syndroms, beispielsweise durch die Aktivierung von Leukozytens und Endothel. Das Ziel dieser Studie war, die Auswirkungen von C1-Esterase Inhibitor (C1-INH), ein Inhibitor des frühen Stadiums der Komplementaktivierung, auf Parameter der Leukozyten-vermittelten systemischen Inflammation zu untersuchen. Methoden: 40 Sprague-Dawley Ratten wurden einer warmen dreistündigen Tourniquet Ischämie der Hinterläufe ausgesetzt, gefolgt von einer dreistündigen Reperfusion. Ein Skelettmuskel außerhalb des Ischemie/Reperfusionsgebietes (M. cremaster) wurde für die intravitalmikroskopische Untersuchung des Leukoyzten-Rollens in postkapillären Venolen präpariert. Zusätzlich wurden Blutproben zur Analyse der L-Selektin-Expression auf PMN (FACScan) und Bestimmung der Interleukin-6-Konzentrationen (ELISA) entnommen. In der Hälfte der Experimente wurde C1-INH (100 U/kg) 5min vor Reperfusionsbeginn intravenös appliziert. Für die statistischen Analysen wurden der Wilcoxon und Mann-Whitney U-Test genutzt. Ergebnisse und Diskussion: Die Interleukin 6 Konzentrationen nahmen sowohl in den behandelten als auch den unbehandelten Ratten zu (nach 180min Reperfusion verglichen mit den prä-Ischämie-Werten), was darauf hinweist, dass die Tourniquet-Ischämie ein Stimulus für eine relevante systemische Inflammation darstellt (+78,33 ± 43,19 pg/ml, Mittelwert  Standardfehler) sowie + 43,34 ± 12,43 pg/ml, p<0,05).Die Anzahl rollender Leukozyten nahm 90 min nach Beginn der Reperfusion signifikant verglichen mit dem Wert am Ende der Ischämie zu (+76,1 ± 33,0%). jedoch nicht bei den Ratten, die mit C1-INH behandelt wurden (-1,7 ± 15,2%). Nach 180 min Reperfusion nahm die Anzahl CD62L positiver PMN als Ergebnis des L-Selektin-sheddings signifikant ab (-12,63 ± 3,78%). Diese Abnahme wurde durch die Applikation von C1-INH verhindert (-2,14 ± 1,69%, n.s.). Sowohl die Inhibition des L-selectin shedding als auch die Abnahme der Anzahl rollender PMN weisen auf eine Abschwächung von frühen Schritten der Leukozytenrekrutierung in das Gewebe hin. Schlußfolgerung: Das angewandte Modell einer dreistündigen warmen Tourniquet-Ischämie erscheint geeignet für die Untersuchung von systemischen inflammatorischen Reaktionen. Die inflammatorischen Prozesse konnten durch Applikation von C1-INH substantiell abgeschächt werden, so dass C1-INH ein viel versprechender Ansatz für die Behandlung des SIRS ist.

Introduction: The systemic inflammatory response syndrome (SIRS) remains an essential factor in morbidity and mortality in intensive care medicine. The activated complement system is an important mediator of this syndrome, e.g. by activation of white blood cells and endothelium. The purpose of this study was to investigate the effects of C1-esterase inhibitor (C1-INH), a drug which blocks the complement system at an early stage, on parameters of leukocyte mediated systemic inflammation. Materials and Methods: Sprague-Dawley rats were submitted to a warm 3-hour bilateral lower limb tourniquet ischemia, followed by 3 hours of reperfusion. A skeletal muscle outside of the ischemia/reperfusion area (cremaster muscle) was investigated by intravital microscopy to allow offline quantification of leukocyte rolling in postcapillary venules (number of polymorphonuclear leukocytes (PMN) rolling per min of observation). In addition systemic blood samples were obtained for measurement of L-selectin expression on PMN (FACScan) and determination of interleukin 6 (IL 6) with ELISA. In half of the experiments C1-INH (100 U/kg) was injected intravenously 5 minutes before onset of reperfusion. Wilcoxon and Mann-Whitney U-Test were used for statistical analysis (p<0,05). Results and Discussion: IL 6 increased in both treated and untreated rats (after 180 min reperfusion compared to pre-ischemic values) indicating that the presented tourniquet ischemia generates a relevant systemic inflammation stimulus (+78,33 ± 43,19 pg/ml, mean  SE, and 43,34 ± 12,43 pg/ml, respectively, p<0,05). The number of PMN rolling increased significantly 90 min after onset of reperfusion compared to end of ischemia (+76,1 ± 33,0%, but not in rats treated with C1-INH (-1,7 ± 15,2%). 180 min after reperfusion the number of CD62L positive PMN was decreased significantly as a result of L-selectin shedding (-12,63 ± 3,78%), but not when C1-INH was applied (-2,14 ± 1,69%, n.s.). Both the reduction of L-selectin shedding and the reduction of PMN rolling indicate an attenuation of early steps in leucocyte recruitment into the tissue. Conclusions: The presented model of warm lower limb tourniquet ischemia appears to be applicable for investigation of systemic inflammatory reactions. Leukocyte and endothelium activation in response to these processes was blunted substantially by C1-INH which seems to be a promising approach for the treatment of SIRS.